第三章钛合金及合金化原理
第3章金属基复合材料的制备工艺原理
第3章金属基复合材料的制备工艺原理金属基复合材料是由金属基体和强化相组成的一种新型材料。
其制备
工艺原理涉及到材料选择、制备方法和工艺参数的确定等。
首先，在金属基复合材料的制备中，应选择适合的金属基体和强化相
材料。
金属基体应具有良好的塑性和可加工性，通常选用铝合金、钛合金
等作为基体材料。
强化相可以是颗粒、纤维或板材等形式，常用的强化相
材料有碳纤维、陶瓷颗粒、金属颗粒等。
其次，制备方法是影响金属基复合材料性能的重要因素。
常见的制备
方法有热压、热处理、力学合金化等。
热压是将金属粉末和强化相混合后
在高温高压下进行压制制备的方法。
热处理是通过固溶处理、时效处理等
工艺来调控材料的晶体结构和性能。
力学合金化是在固态或液态条件下通
过机械力使金属基体与强化相达到均匀分散的方法。
最后，工艺参数的确定也是制备金属基复合材料的重要环节。
工艺参
数包括温度、压力、时间和气氛等，对于金属基复合材料的微观结构和性
能有着重要影响。
合理调控工艺参数可以实现金属基复合材料的定向生长、晶体定向、相变控制等。
总体而言，金属基复合材料的制备工艺原理可以简单概括为选择合适
的金属基体和强化相材料，通过适当的制备方法和工艺参数来调控材料的
微观结构和性能。
在制备过程中需注意材料的相容性、界面反应等问题，
以确保金属基复合材料的质量和性能。
同时，也要密切关注环保和节能问题，选择可持续发展的制备工艺，推动金属基复合材料的应用与发展。
钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼
钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼ISM熔炼技术（Induction Skull Melting），即感应凝壳熔炼技术，是随着熔炼钛合金等活泼金属的需要而发展起来的，是当前熔炼活性钛合金的最好方法，它不仅对合金无污染，而且合金熔体成分、温度、过热度易于控制。
该方法原理是坩埚周围布置的通电线圈使被熔炼金属感应生成与通电线圈位相相反的电流，感应电流产生的焦耳热使金属熔化，且位相相反的电流之间存在着作用力与反作用力，使被熔化的金属上浮不与坩埚接触。
该熔炼方法的特点是熔融金属不与坩埚接触，可大幅度降低热损耗。
该方法目前已实用化。
ISM熔炼技术的研究开始于19世纪50年代，最初由美国Scheppenient研制出可熔炼0.9kg钛的水冷坩埚。
目前，美国已建成容量达200kg的冷坩埚熔炼炉。
俄国的冷坩埚技术在世界领先，已经有系列的ISM设备，能够生产出重达几吨的铸件。
国内对ISM技术的研究从20世纪80年代初开始。
国内开展ISM研究的单位主要有哈尔滨工业大学，西北有色金属研究院，原冶金部钢铁研究总院等一些高校和研究所。
国内ISM熔炼技术的研究起步较晚，但是也取得了一些具有国际先进水平的独创性成果，较好地指导了活泼金属及合金熔炼。
自耗电极电弧炉对电极的质量要求很高，对原料要求也较高。
电子束炉、等离子弧炉要求电源功率较大，成本相对提高。
另外，这些熔炼方法所造成的熔池较浅，增大熔池体积只增大了表面积，而导致元素的挥发损失，这对控制合金成分是不利的。
由于感应电流有趋肤效应，在理论上利用上述熔炼方法中所使用的水冷铜坩埚无法通过感应加热而使金属熔化。
当采用导电的坩埚熔炼金属时，由于感应电流的趋肤效应，坩埚本身被加热，坩埚壁上的感应电流过高，影响了炉料所吸收的功率，只能熔化熔点低于坩埚材料的金属。
若用水冷却坩埚，所产生的热量绝大部分被水带走，炉料难以被加热熔化。
若将坩埚开一条缝或几条缝，则坩埚内磁场衰减很少，此时感应圈的功率主要消耗在炉料上。
钛和钛合金研究
钛及钛合金的研究1.引言钛是 20 世纪 50 年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。
钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和“战略金属”。
根据在钛中加入β稳定元素的多少及退火后的组织，钛合金可分为α、近α、α+β、近β和β钛合金。
美、日、俄罗斯以及中国等许多国家都高度重视钛合金的发展，各国根据不同国情和需求进行了各自的研发，现已得到了广泛的应用[1~3]。
2.钛及钛合金的特点钛及钛合金具有许多优良特性,主要体现在如下几个方面：(1)比强度高。
钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686~1 176 MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。
(2)硬度较高。
钛合金(退火态)的硬度HRC为32~38。
(3)弹性模量低。
钛合金(退火态)的弹性模量为1.078@105~1.176@105MPa,约为钢和不锈钢的一半。
(4)高温和低温性能优良。
在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600e;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253e时还能保持良好的韧性。
(5)钛的抗腐蚀性强。
钛在550e以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。
此外,钛还具有形状记忆、吸氢、超导、无磁、低阻尼等优良特性。
纯钛及钛合金与其他材料有关性能的对比见表1。
3.钛及钛合金的研究进展1954 年美国成功研制出第一个实用钛合金Ti-6Al-4V，由于其具有优异的综合性能，成为钛合金中的王牌合金[1]。
钛合金防融合的原理
钛合金防融合的原理
钛合金防融合的原理是利用钛合金材料的高熔点和优良的综合性能，防止融合的发生。
钛合金的高熔点一般在1600以上，远高于许多其他常见金属材料，如铝和铜。
这使得钛合金可以在高温环境下保持稳定的形状和结构，不容易熔化。
此外，钛合金还具有良好的耐腐蚀性能和机械性能，能够有效抵抗化学腐蚀和磨损。
这使得钛合金在高温、高压、强腐蚀环境中使用时不易受到损害。
钛合金防融合的原理主要包括以下几个方面：
1.高熔点：钛合金的高熔点使得在高温环境下，其不易熔化和变形，从而实现防止融合的作用。
2.氧化膜形成：钛合金表面会形成一层致密的氧化膜，提供了优良的耐腐蚀性能，可以防止材料与环境中的腐蚀介质接触，降低材料的腐蚀速度。
3.合金元素控制：适当的合金化可以增加钛合金的强度和硬度，提高其耐磨性和耐腐蚀性能，降低融合的风险。
综上所述，钛合金防融合的原理主要是通过钛合金的高熔点、氧化膜形成和合金元素控制等方式来防止融合的发生，确保钛合金在高温、腐蚀等恶劣环境下的稳
定性能。
钛合金的热处理基本原理(一)
钛合金的热处理基本原理(一)钛合金的热处理基本1. 什么是钛合金的热处理？钛合金是一种轻巧、高强度、耐腐蚀的金属材料。
然而，由于钛合金的制造过程中可能会导致材料内部存在一些不稳定晶相或缺陷，因此需要进行热处理。
热处理是通过加热和冷却的不同方式改变钛合金的晶体结构和性能，以达到所需的材料性能。
本文将介绍钛合金热处理的基本原理和常用方法。
2. 钛合金的热处理原理钛合金的热处理原理基于以下两个基本原则：固溶处理原理固溶处理是指将钛合金加热至其固溶温度以上，使合金中的溶质原子均匀地溶解在基体晶格中。
通过固溶处理，可以消除钛合金中的不稳定相，提高合金的强度和塑性。
相变处理原理相变处理是指在固溶处理的基础上，通过控制冷却速度使钛合金的晶体结构发生相变。
相变处理可以改变钛合金的晶体结构和晶界形貌，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
钛合金的热处理方法主要包括固溶处理和时效处理两种。
下面将分别介绍这两种方法：固溶处理固溶处理是钛合金热处理的基础步骤，它可以消除钛合金中的不稳定相和缺陷，提高合金的强度和塑性。
固溶处理的具体步骤如下：•加热：将钛合金加热至其固溶温度以上，一般在摄氏度范围内。
•保温：保持合金在固溶温度下足够长的时间，使溶质原子充分溶解在基体中。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定溶质原子在基体中。
时效处理时效处理是在固溶处理的基础上进行的钛合金热处理方法，通过控制冷却速度，使合金的晶体结构发生相变，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
时效处理的具体步骤如下：•固溶处理：按照固溶处理的方法对钛合金进行加热和冷却处理。
•时效处理：将处理过的钛合金再次加热至合金中存在的稳定相的温度，并保持一段时间。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定相变后的晶体结构。
钛合金的热处理广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
通过热处理，可以增加钛合金的强度和保持其良好的耐腐蚀性能，提高材料的使用寿命。
5. 结论钛合金热处理是一种重要的材料加工方法，通过固溶处理和时效处理可以调整钛合金的晶体结构和性能。
钛合金材料的熔炼与制备
轧制成形法
轧制成形法是通过将钛合金坯 料在轧机上轧制加工成形的制 备方法。
该方法适用于制备薄板、薄带 、棒材等钛合金材料，广泛应 用于航空、船舶、化工等领域 。
轧制成形法制备钛合金的优点 是材料性能优异、加工精度高 ，但工艺复杂、成本高。
钛合金材料的熔炼与制备
目
CONTENCT
录
• 钛合金的简介 • 钛合金的熔炼技术 • 钛合金的制备技术 • 钛合金的加工工艺 • 钛合金的发展趋势与展望
01
钛合金的简介
钛合金的定义
钛合金是由纯钛元素与一些其他元素（如铝、锡、钼、钒等）通 过合金化处理得到的金属材料。
钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金，其特点是密度小 、比强度高、耐腐蚀性好、高温性能好、无磁性等。
体育用品
由于钛合金轻质高强，被广泛应用于高尔夫球杆 、自行车架等体育用品的制造。
02
钛合金的熔炼技术
电弧熔炼法
总结词
利用电弧产生的高温熔化金属或合金的方法。
详细描述
电弧熔炼法是钛合金制备中常用的熔炼技术之一，通过电极间产生的电弧产生高温，将钛合金原料熔化为液态， 再通过冷却凝固得到钛合金材料。该方法具有熔炼温度高、熔炼速度快、生产效率高等优点，但同时也存在能耗 高、电极易损耗等缺点。
回收再利用
开展钛合金废料的回收、 再生和再利用工作，降低 生产成本，同时减少环境 污染。
规模化生产
通过扩大生产规模，实现 规模效益，降低单位产品 的生产成本。
THANK YOU
感谢聆听
详细描述
悬浮熔炼法是一种新型的熔炼技术，利用磁场或电场使钛合金原料在非接触状态下熔化为液态，再通 过冷却凝固得到钛合金材料。该方法具有熔炼温度高、熔炼速度快、可去除杂质等优点，但同时也存 在设备成本高、技术难度大等缺点。
钛合金简介资料.
钛合金的热加工
Titanium Alloy
真空电弧炉是将自耗电极直接熔化在坩埚内，然后铸成铸 锭；真空凝壳炉虽然也是将自耗电极熔化在坩埚内，但先 在坩埚壁上凝固为一薄层“凝壳”，起到保护钛液不被干 过材料污染和隔热作用，以便在坩埚内形成一个熔池，当 溶液达到需要量时便反转坩埚，将金属液注入铸型，形成 铸件。
完全退火：目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有 利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。
固溶处理和时效：目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定 的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。 α+β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处 理和时效使合金进一步强化
钛合金的机加工
Titanium Alloy
钛合金切削特点
(1)变形系数小：变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩 擦的路程大大增大，加速刀具磨损。
(2)切削温度高：导热系数很小，切屑与前刀面的接触长度极短，切 削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内。 在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。 (3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20%，由于切屑 与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容 易造成崩刃。
合金元素的性质和含量而变化。钛合金加热转变的主要特点在 于α→β转变的体积变化效应小(约0.17％)，相变应力值低，且因 体心立方β相自扩散系数高，故转变迅速，不易过热，合金一旦 进入β相区，晶粒尺寸迅速增大，因此难以利用相变重结晶方式 细化晶粒，这一点与一般钢材有明显差异。
Titanium Alloy
钛合金的机加工
Titanium Alloy
1、尽可能使用与钛合金化学亲和力小、导热性好、硬质合金刀 具，如钨钴类硬质合金。低速下断续切削时可选用耐冲击的超 细晶粒硬质合金，成形和复杂刀具可用高温性能好的高速钢。 2、采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长 度，减小工件与后刀面的摩擦，刀尖采用圆弧过渡刃以提高强 度，避免尖角烧损和崩刃。 3、保持刀刃锋利，以保证排屑流畅，避免粘屑崩刃。 4、切削速度宜低，以免切削温度过高；进给量适中，过大易烧 刀，过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快； 5、切削深度可较大，使刀尖在硬化层以下工作，有利于提高刀 具耐用度。 6、加工时须加冷却液充分冷却
钛合金阳极氧化
钛合金阳极氧化钛合金阳极氧化一、什么是钛合金阳极氧化？钛合金阳极氧化是将钛合金表面进行氧化处理的一种表面处理技术。
通过在钛合金表面形成一层厚度为几微米到数十微米的氧化膜，可以提高钛合金的耐腐蚀性、耐磨损性、电绝缘性和美观性等。
二、钛合金阳极氧化的原理1. 电解液中的离子与阳极反应：在电解液中加入一定浓度的酸或碱，使其具有导电性。
当将钛合金作为阳极放入电解液中，电解液中的离子会与钛合金表面发生反应，形成一层厚度逐渐增加的氧化膜。
2. 氧化膜的形成过程：当外加直流电源时，由于阴极和阳极之间存在电势差，使得阴离子向阳极移动并发生还原反应；而在阳极上则发生氧化反应，产生O2-离子。
这些O2-离子与Ti4+ 离子结合生成TiO2晶体，并不断地沉积在钛合金表面，形成一层厚度逐渐增加的氧化膜。
三、钛合金阳极氧化的工艺流程1. 预处理：将钛合金表面进行清洗、除油、去污等处理，确保表面干净无杂质。
2. 电解液配制：选用适当的电解液，调整其浓度和温度等参数。
3. 电极安装：将钛合金作为阳极安装在电解槽中，并接上直流电源。
4. 电解过程：在一定时间内进行电解反应，使得氧化膜厚度达到要求。
5. 清洗处理：将阳极从电解槽中取出，进行清洗、除盐等处理，使得表面干净无污染。
四、钛合金阳极氧化的应用1. 航空航天领域：由于钛合金具有轻量、高强度等特点，在航空航天领域得到广泛应用。
通过阳极氧化可以提高其耐腐蚀性和耐磨损性，提高其使用寿命和安全性能。
2. 医疗器械领域：由于钛合金具有生物相容性好、不易产生过敏反应等特点，在医疗器械领域得到广泛应用。
通过阳极氧化可以提高其表面光洁度和生物相容性，减少对人体的损伤。
3. 汽车制造领域：由于钛合金具有轻量、高强度等特点，在汽车制造领域得到广泛应用。
通过阳极氧化可以提高其表面美观度和耐腐蚀性，提高汽车的安全性能和使用寿命。
五、钛合金阳极氧化的优缺点1. 优点：（1）提高钛合金的耐腐蚀性和耐磨损性；（2）提高钛合金的电绝缘性；（3）提高钛合金的美观度；（4）改善钛合金表面的生物相容性。
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精品资料 可修改 第三章钛合金及合金化原理 3.1钛合金相图类型及合金元素分类
1. 钛合金的二元相图
（1） 第一种类型 与a和B均形成连续互溶的相图。只有2个即Ti-Zr和Ti-Hf 系。钛、锆、铪是同族元素，其原子外层电子构造一样，点阵类型相同，原子半 径相近。这两元素在a钛和B钛中溶解能力相同，对 a相和B相的稳定性能影 响不大。温度高时，锆的强化作用较强，因此锆常作为热强钛合金的组元。 （2） 第二种类型B是连续固溶体，a是有限固溶体。有4个：Ti-V Ti-Nb Ti-Ta Ti-Mo系。V、Nb、Ta、Mo四种金属只有一种一种体心立方，所以它们与具有 相同晶型的 俟Ti形成连续固溶体，而与密排六方点阵的 a-Ti形成有限固溶体。 V属于稳定B相的元素，并且随着浓度的提高，它急剧降低钛的同素异晶转 变温度。V含量大于15%时，通过淬火可将B相固定到室温。对于工业钛合金 来说，V在a钛中有较大的浓度（＞3% ），这样可以得到将单相a合金的优点（良 好的焊接性）
和两相合金的有点（能热处理强化，比 a合金的工艺塑性好）结 合在一起的合金。Ti-V系中无共析反应和金属化合物。 Nb在a钛中溶解度大致和V相同（约4% ），但作为B稳定剂的效应低很 多。Nb含量大于37%时，可淬火成全B组织。 Mo在a钛中的溶解度不超过1%，而B稳定化效应最大。Mo含量大于1% 时，可淬火成全B组织.Mo的添加有效地提高了室温和高温的强度。 Mo室温一 个缺点是熔点高，与钛不易形成均匀的合金。加入 Mo时，一般是以Mo-AI中 间合金形式（通过钼氧化物的铝热还原过程制得）加入。 （3） 第三种类型 与a、B均有限溶解，并且有包析反应的相图。Ti-Al、Ti-Sn、 精品资料 可修改 Ti-Ca、Ti-B、Ti-C、Ti-N、Ti-O等。5%〜25% Al浓度范围内的相区范围内 存在有序化的a2 ( Ti3X )相,它会使合金的性能下降。铝当量AI*=AI% +1/3Sn%+ 1/6Zr% + 1/2Ga% + 10[O]% < 8% 〜9%。只要铝当量低于 8%〜9%，就不会出现a相。Sn是相当弱的强化剂，但能显著提高热强性，以 锡合金化时，其室温塑性不降低而热强性增加。微量的 B 可细化钛及其合金的 大晶粒， Ga 可以与钛良好溶合，并显著提高钛合金的热强性。氧是较“软”的 强化剂，在含量允许的范围内时， 不仅可保证所需的强度水平， 而且可以保证足 够高的塑性。 (4) 第四种类型 与a、均有限溶解，并且有共析分解的相图，有Ti-Cr、Ti-Mn、 Ti-Fe 、Ti-Co 、Ti-Ni 、Ti-Cu 、Ti-Si 、Ti-Bi 、Ti-W 、Ti-H 。 Ti-Cr系中，形成的Ti2Cr化合物有两种同素异晶形式，其固溶体以 S和丫 表示。Cr属于B稳定元素，在a钛中的溶解度不超过0.5%。Cr含量大于9% 时，通过淬火可将B相固定到室温。Cr可以使钛合金有好的室温塑性并有高的 强度，同时可保证有高的热处理强化效应。 Ti-W系中，会产生偏析转变：? a + 。偏析反应温度较高,Ti-W 系的热稳定性比Ti-Cr合金高的多。W在a钛中的溶解度不高。W含量大于25% 时，通过淬火可将B相固定到室温。 氢降低钛的同素异晶转变温度，形成共析反应，从而使 B固溶体分解而形 成a相和钛的氢化物，在共析温度下氢在 a钛中的溶解度为0.18%。氢组成间 隙型固溶体，属于有害杂质，会引起钛合金的氢脆。在非合金化钛和以 a 组织 为基的单相钛合金中， 氢脆的主要原因是脆性氢化物相的析出， 急剧降低断裂强 度。在两相合金中，不形成氢化物，但形成氢的过饱和固溶体区，在低速变形时 引起脆性断裂。在B相含量小的合金中，这两种产生联合作用。纯钛和近 a组 精品资料 可修改 织的钛合金对氢脆最敏感。随着合金中 B相含量增加，其氢脆敏感性减弱 2. 合金元素及其作用 （1）合金元素的分类 ① a稳定元素 能提高B相变温度的元素，称为 a稳定元素，与钛形成包析反应，这些元 素的电子结构、化学性质和钛的差别较大。铝是最广泛采用的、唯一有效的 稳定元素。钛中加入铝，可降低熔点和提高 B相变温度，在室温和高温都起到 强化作用，也能减小合金的比密度。含铝量达 6%〜7%的钛合金具有较高的热 稳定性和良好的焊接性。添加铝在提高B转变温度的同时，也使B稳定元素在a 相中的溶解度增大。铝原子以置换方式存在于 a相中，当铝的添加量超过 a相 的溶解极限后，会出现以 TisAI为基的有序a2固溶体，使合金变脆，热稳定降 低。 Ti-AI系金属间化合物的密度小，高温强度高，抗氧化性强及刚性好，对航 天航天工业具有极大的吸引力。铝含量分别为 16%及36%的TisAI和Ti Al基 合金，是很有前途的金属间化合物耐热合金 ② 中性元素 对钛的B元素转变温度影响不明显的元素，称为中性元素，中性元素锆、 铪在a、B两相中有较大的溶解度，甚至能够形成无限固溶体。中性元素锡、铈、 镧、镁
等，对钛的转变温度影响不明显，主要对 a相起固溶强化作用。锆、锡 在提高a相强度的同时，也提高其热强性。强化效果低于铝，对塑性的不利作 用也比铝小，有利于压力加工和焊接。适量的铈、镧可以改善钛合金的高温拉伸 强度及热稳定性的作用
③ B稳定元素 精品资料 可修改 降低钛B转变温度的元素，称为B稳定元素。 i 洞晶元素。B同晶元素如钒、钼、铌、钽，在周期表上的位置靠近钛， 具有
与B钛相同的晶格类型，能与B钛无限互溶，而在a钛中具有有限溶解度。 它们能以置换的方式大量溶入 B钛中，产生较小的晶格畸变，在强化合金的同 时，保持其较高的塑性。 ii 共析元素B共析元素在a和B钛中均具有有限溶解度，但在B钛中的 溶解
度大于a中的。慢共析元素有锰、铁、铬、钻钯等，使钛的 B相具有很慢 的共析反应， 反应在一般冷却速度下来不及进行， 对合金产生固溶强化作用。 快 共析元素如硅、铜、镍、银、钨、铋等在 B钛所形成的共析反应速度很快，B相 很难保留到室温。 共析分解所产生的化合物， 都比较脆，但可用于强化钛合金（尤 其热强性）。当B稳定元素的含量达到某一临界值，较快冷却速度能使合金中的 B相保持到室温，这一临界值称为临界溶度，用 Ck表示。元素的Ck越小，其稳 定B相的能力越强。一般B共析元素（尤其慢共析元素）的Ck要小于B同晶元 素。 ④ 生成离子化合物的元素 卤素元素氯、碘可与钛形成离子化合物。在工业生产中，制造 TiCl 和 TiI 4, 通过还原工艺，可获得海绵钛和碘化法高纯钛。 ⑤ 不发生反应的元素 和钛不发生作用的镁、 钠、钙等元素在冶炼工业中作为还原剂， 将钛从卤化 物或氧化物中还原出来。氦气、氩气可以作为保护气体。 2） 合金元素对钛力学性能的影响 钛合金主要强化途径是固溶强化和弥散强化。前者是通过提高 a相和B相 的固溶溶度而提高合金的性能，后者是借助热处理获得高度弥散的 a + 或 a +金 属间精品资料 可修改 化合物来达到强化的目的。 钛合金：难以通过组织调整，在满足高强度水平 的同时，仍然保持足够的塑性和韧性。a稳定元素中，Al的固溶强化效果最显著。 B稳定元素优先溶于B相，因此B相具有更强的强度和硬度，合金平均强度随着 组织中B相所占比例增加而提高，当a相和B相各占50%时强度达到峰值，继 续增加B相数量，强度反而有所下降。对于在高温下长期使用的耐热合金，非 活性共析元素的存在将降低材料的热稳定性。 在接近相变温度时，组织稳定性下降，原子活性增加，促使金属软化。所以 耐热钛合金在成分上应以 a稳定元素和中性元素为主，至于 B稳定元素一般效 果较差。只有那些能强烈提高钛原子结合力的钼、 钨及共析转变较高的硅、铜等 元素，在适当溶度范围内可有效增加合金的热强性。耐热钛合金应以单相组织为 宜，一般均选用a型或者近a型合金作为高温工作的材料。 (3)杂质元素对钛性能的影响 钛中主要杂质元素有氧、氮、碳、硅，前三种属间隙型元素，后一种属于置 换型元素。综合考虑间隙元素对硬度的影响，引入氧当量：O当=O% +2N%+0.67% 氧当量和硬度的关系为：HV=65+310 O。 氢降低a + B /相变温度，是B稳定元素，在俟Ti中的溶解度比a-Ti中 大得多，，且在a-Ti中的溶解度随温度降低而减少，当冷却到室温时，会析出脆 性氢化物TiH 2，使合金变脆，称为氢化物氢脆。含氢的 a-Ti在应力作用下，促 进氢化物析出，叫应力感生氢化物氢脆。此外，溶解在晶格中的氢原子，在应力 作用下，经过一定时间会扩散到晶体缺陷处， 引起塑性降低，当应力去除并静止 一段时间，在进行高速变形，塑性又可以恢复，称为可逆氢脆。 在高温形变时氢有增塑作用，即提高热塑性或超塑性。生产上利用氢作为暂 时合精品资料 可修改 金元素渗入合金中去，发挥其有利作用，然后通过真空退火去氢。增塑的原 因是氢降低形变激活能，提高了形变过程中扩散协调变形能力。 同时氢在高温下 分布比较均匀 ，减少了局部弹性畸变，并且氢有促进晶粒细化作用，从而改善 了高温热塑性。 氮、氧、碳都提高a + B /相变温度，扩大a相区，属a稳定元素，提高 了钛的强度，急剧降低塑性，影响程度按氮、氧、碳顺序递减。微量铁和硅在固 溶范围内与钛形成置换固溶体，对钛的性能影响不像间隙元素那样强烈。 3. 常用合金元素 元素间相互作用是形成固溶体还是形成化合物， 形成的溶解度有多大，主要 取决于原子的电子层结构、原子半径大小、晶格类型、电负性及电子浓度等因素。 钛是过渡族金属，在周期表上，与钛同族的元素锆和铪具有和钛相同的外层 电子结构和晶格类型，原子半径也相近，故与 a钛和B钛均能无限互溶，形成 连续固溶体。在周期表上，靠近钛的元素（如钒、钼、铌、钽）与 B钛具有相 同的晶格类型，能与B钛无限互溶，与a钛有限溶解。周期表上离钛越远的元 素，其电子结构及原子半径约钛相差越大， 与钛的溶解度也越小，并且容易形成 化合物。 3.2 合金元素对钛合金组织结构和性能的影响
1. AI铝具有显著的固溶强化作用，在 a-Ti中的固溶度大于在 0Ti中的固溶度， 提高a / B相互转变的温度，扩大a相区，属于a稳定化元素。当合金中AI的 质量分数在
7% 一下时，随含 Al 量的增加，合金的强度提高，塑性无明显降低； 当合金中Al的质量分数超过7%时，合金组织中出现脆性TisAI，塑性显著降低。 2. V（Mo、Nb、Ta）钒属于 俟Ti同晶元素，具有B稳定化作用，在 俟Ti中无限 固溶，在a-Ti中也有一定的固溶度。钒具有显著的固溶强化作用，在提高合金 强化的